Escisión Nuclear: o proceso de fisión nuclear. reaccións nucleares

O artigo fala sobre o que a fisión nuclear como o proceso foi descuberto e descrito. Divulga súa utilización como fonte de enerxía e armas nucleares.

átomo "indivisible"

Século XXI está cheo de expresións como "a enerxía atómica", "tecnoloxía nuclear", "residuos radioactivos". De cando en vez os titulares brillou informes sobre a posibilidade de contaminación radioactiva do solo, os océanos, o xeo antártico. Con todo, a xente común non son frecuentemente moi boa idea que a área da ciencia e como axuda na vida cotiá. Debe comezar quizais coas historias. Desde a primeira cuestión, que pediu a un home ben alimentado e ben vestido, el quería saber como funciona o mundo. Como o ollo ve, o oído escoita por iso que a auga difire da pedra - que é o que os sabios de coidados de tempos inmemoriais. Mesmo na antiga India e Grecia, algunhas mentes questionadoras suxeriron que hai unha partícula mínimo (Tamén se chama "indivisible"), coas propiedades do material. químicos medievais confirmados adiviñar sabio, eo átomo de definición moderna inclúen un átomo de - a menor de partículas dunha substancia que é un transportista de propiedades.

partes átomo

Con todo, o desenvolvemento de tecnoloxías (por exemplo, fotografías) conduciu ao átomo deixar de ser o menor posible substancia partícula. Aínda tomados por separado átomo é electricamente neutro, os científicos pronto entenderon: que consiste en dúas partes con diferentes cargas. O número de unidades cargadas positivamente o número de negativo compensa, así, permanece átomo neutro. Pero non había ningún modelo inequívoca do átomo. Como naquela época aínda dominada pola física clásica, que diferentes casos.

modelo do átomo

Inicialmente, foi proposto o modelo de "pan branco con pasas". A carga positiva, xa que enche todo o espazo do átomo e, como pasas nun coque, cargas negativas son distribuídos. Os famosos experimentos de Rutherford identificado o seguinte: é un elemento moi pesado cunha carga positiva (do núcleo), e rodeado cos electróns máis leves no centro do átomo. centos Kernel Peso veces máis pesados que a suma de todos os electróns (que é de 99,9 por cento en peso, de átomos en total). Así naceu o modelo planetario do átomo de Bohr. Con todo, algúns dos seus elementos contradin aceptado no momento da física clásica. Polo tanto, a nova mecánica cuántica foi desenvolvido. Co seu aspecto o período comezou a ciencia non clásica.

O átomo ea radioactividade

De todo o exposto, queda claro que o núcleo - é unha parte pesada, cargada positivamente do átomo, o que constitúe a maior parte del. Cando a cuantización da enerxía ea posición dun electrón orbitando un átomo de ser ben estudada, é hora de entender a natureza do núcleo atómico. Veu en auxilio dun descubrimento brillante e inesperada de radioactividade. Ela axudou a revelar a esencia do átomo central pesada, como a fonte radioactiva - a fisión nuclear. Na virada dos séculos XIX e XX, a apertura caeu un despois do outro. solución teórica dun problema causando a necesidade de establecer novas experiencias. Os resultados experimentais deu orixe a teorías e hipóteses que son necesarios para confirmar ou refutar. Moitas veces, as grandes descubrimentos apareceu, simplemente porque, deste xeito, a fórmula é conveniente para a computación (como cuanto Max Planck). No inicio da era da fotografía, os científicos sabían que o uranio sal película fotopolimerizável fotossensível, pero eles non sabían que a base deste fenómeno é a fisión nuclear. Polo tanto, a radioactividade foi estudada a fin de comprender a natureza do decaimento nuclear. É evidente que as transicións quânticas de emisións foron xeradas, pero non estaba claro o que é. Chet Curie extraído radio puro e polonio, procesamento de mineral de uranio practicamente manual para obter unha resposta a esta pregunta.

carga de radiación

Rutherford fixo moito para o estudo da estrutura atómica e tamén contribuíu ao estudo de como a división do núcleo dun átomo. O científico poñer a radiación emitida por un elemento radioactivo nun campo magnético e obtivo un gran resultado. Descubriuse que a radiación é composto por tres compoñentes: un era neutral e os outros dous - positiva e negativamente cargada. estudo fisión comezou coa identificación dos seus compoñentes. Probouse que o núcleo pode ser dividido, para dar parte da súa carga positiva.

A estrutura do núcleo

Ela xurdiu despois de que o núcleo atómico está formado non só por partículas positivamente cargadas de protóns, pero as partículas de neutróns neutrais. Xuntos, eles son chamados de núcleos (de inglés «núcleo», o núcleo). Con todo, os científicos de novo atopou un problema: a masa do núcleo (ou sexa, o número de núcleos) non sempre corresponden á súa carga. Y núcleo de hidróxeno ten unha carga de 1, ea masa pode ser de tres, dous, un é. No que se lle segue na táboa periódica helio carga do núcleo 2, co seu núcleo contén 4 a 6 núcleos. Máis elementos complexos poden ter un número moi grande de diferentes masas coa mesma carga. Tales variacións de átomos chamados isótopos. E algúns eran isótopos moi estable, outros axiña se desintegrou, porque para eles foi caracterizado por fisión nuclear. Que base consistente co número de estabilidade núcleos de núcleos? Por que a adición de só un neutrón ao núcleo pesado e moi estable levou á súa división para liberación de radioactividade? Curiosamente, a resposta a esta importante cuestión aínda non se atopou. Empiricamente, verificouse que un certo número de protóns e neutróns corresponden a configuración estables de núcleos. O núcleo 2, 4, 8, 50 neutróns e / ou protóns, o núcleo será exclusivamente estable. Estas cifras son aínda referidos como máxica (e nomeou os como adultos, científicos, física nuclear). Así, a fisión nuclear depende da súa masa, é dicir, o número dos seus núcleos constituíntes.

Gota, cobertura, cristal

Determinar o factor que é responsable, non foi posible no momento para a estabilidade do núcleo. Hai moitas teorías de modelos de estrutura atómica. Tres dos máis famosos e desenvolveu moitas veces en desacordo entre si en diferentes temas. A primeira é que o núcleo - unha pinga de líquido nuclear especial. Igual á auga, que se caracteriza pola fluidez, tensión de superficie, a fusión e descomposición. No modelo shell no núcleo tamén, hai certos niveis de enerxía, que son cubertos con núcleos. Os terceiros Estados que o núcleo - unha forma que é capaz de refractar lonxitude de onda específico (Broglie), no que o índice de refracción - é a enerxía potencial. Con todo, ningún modelo ata agora non puido describir completamente o porqué de certa Critical Mass dese elemento particular, a división do núcleo comeza.

Que pasa decadencia

A radioactividade, como mencionado arriba, se atopou en substancias que poden ser atopados na natureza: uranio, polonio, radio. Por exemplo, a recentemente producida, uranio puro é radioactivo. proceso de separación, neste caso, pode espontánea. Sen influencia externa certa cantidade de átomos de uranio emiten partículas alfa espontaneamente transformados en torio. É un indicador, que se chama vida media. Ela mostra, por un período de tempo a partir dos números de pezas iniciais será de preto de metade. Cada elemento radioactivo vida media de seu propio - a partir dunha fracción de segundo para a California para centos de miles de anos para uranio e cesio. Pero hai unha actividade forzada. Se os núcleos atómicos bombardeando protóns ou partículas alfa (helio núcleos) con alta enerxía cinética, que se pode "split". mecanismo de conversión, por suposto, diferente de como favorita da nai rompe un vaso. Con todo, unha certa analoxía pode ser Rastrexar.

enerxía atómica

Ata agora non responderon á cuestión práctica: de onde vén a enerxía de fisión nuclear. Para comezar, cómpre aclarar que, durante a formación do núcleo son forza nuclear especial, chamado a interacción forte. Xa que o núcleo está formado por un conxunto de protóns positivos, a cuestión permanece, como estar xuntos, porque as forzas electrostáticas teñen forte dabondo para expulsar-los un do outro. A resposta é sinxela, e non: o núcleo mantense a costa de cambio moi rápida entre núcleons partículas especiais - pions. Este enlace vive é incrible pequeno. Unha vez terminada a cambio de pi-mesóns, o núcleo se desintegra. tan ben sábese que a masa do núcleo é menor que a suma de todos os seus núcleos constituíntes. Este fenómeno é chamado de defecto de masa. De feito, a masa perdida - é a enerxía que é gasto no mantemento da integridade do núcleo. Xa separadas a partir do núcleo atómico algunha parte desta enerxía é producida en centrais nucleares e convertida en calor. É dicir, a enerxía de fisión nuclear - é unha clara demostración da famosa fórmula de Einstein. Recall, a fórmula pasa a ser: enerxía e da masa pode ser convertidos uns nos outros (E = mc ^2).

Teoría e práctica

Agora Díganos como se usa descubrimento puramente teórico na miña vida para gigawatts de electricidade. En primeiro lugar, debe notarse que en reaccións controladas de fisión inducida é utilizado. Na maioría das veces é o uranio ou o polonio, que é bombardeado por neutróns rápidos. En segundo lugar, hai que entender que a fisión nuclear é acompañado pola creación de novos neutróns. Como resultado, o número de neutróns na zona de reacción é capaz de crecer moi rapidamente. Cada neutrón colide con novos núcleos, máis enteiros, divide a eles, o que leva a un aumento na xeración de calor. Esta é unha reacción en cadea de fisión nuclear. cantidades descontroladas do aumento de neutróns no reactor pode conducir a unha explosión. Foi o que pasou en 1986 na central nuclear de Chernobyl. Por conseguinte, na zona de reacción é sempre unha substancia que absorbe o exceso de neutróns para evitar unha catástrofe. Esta grafito en forma de varetas longas. taxa de fisión pode ser retardado por inmersión das puntas na zona de reacción. Ecuación da reacción nuclear faise especialmente para cada substancia activa e radioactivos bombardeando as partículas (electróns, protóns, partículas alfa). Con todo, a enerxía final producida calculado de acordo coa Lei de conservación: E1 + E2 + E3 = E4. Isto é, a enerxía total do núcleo da partícula inicial e (E1 + E2) ten que ser igual á enerxía do núcleo resultante, ea enerxía libre liberada en forma de (+ E3 E4). A ecuación tamén demostra unha reacción nuclear, unha substancia obtida por descomposición. Por exemplo, o uranio U = Th + El, U = Pb + Ne, U = Hg + Mg. Non é xa isótopos dos elementos químicos, pero iso é importante. Por exemplo, hai tres posibilidades de fisión do uranio, que producen diferentes isótopos de chumbo, e neon. Preto de cen por cento da reacción de fisión produce isótopos radioactivos. É dicir, o decaemento do uranio obtido torio radioactivo. Torio, protactinio é capaz de se desintegrar, que - a actinio, e así por diante. Radioactiva desta serie poden ser, e de bismuto, e titanio. Mesmo hidróxeno que contén núcleo dous protóns (a un ritmo dun protón), tamén chamada - deuterio. A auga formada con hidróxeno chamado pesada e enche o primeiro circuíto nun reactor nuclear.

átomo non pacífica

Expresións como "carreira armamentística", "Guerra Fría", "ameaza nuclear" para o home moderno pode parecer histórica irrelevante. Pero unha vez cada nota de prensa foi acompañada por noticias case todo o mundo sobre o que inventou as armas nucleares e como combatelos la. As persoas estaban construíndo refuxios subterráneos e accións realizadas en caso dun inverno nuclear. Familias enteiras traballaron na creación de abrigos. Mesmo uso pacífico de reaccións de fisión nuclear pode levar ao desastre. Parece que Chernobyl ensinou a humanidade a precisión nesta área, pero os elementos do planeta era máis forte: o terremoto en Xapón ferido fortalecemento moi robusto do NPP "Fukushima". reacción nuclear de enerxía utilizada para a destrución de máis fácil. Tecnoloxía require só unha forza limitada da explosión, de modo a non destruír inadvertidamente todo o planeta. As bombas "humanitarias" a maioría, se pode chamalo, non contaminar a proximidade de radiación. Dun modo xeral, a maioría das veces utilizan unha reacción en cadea descontrolada. Que, en centrais nucleares esforzo por todos os medios para evitar as bombas para conseguir unha forma moi primitiva. Para calquera elemento radioactivo natural, hai algunha Critical Mass de sustancia pura na que unha reacción en cadea xorde en si. Uranio, por exemplo, é de só 50 kg. Dende o uranio é un moi difícil, non é máis que unha bola de metal pequena 12-15 cm de diámetro. As primeiras bombas atómicas lanzadas sobre Hiroshima e Nagasaki, foron feitas precisamente neste principio: dúas partes desiguais de uranio puro simplemente combinados e deu orixe a unha explosión terrible. armas modernas son probablemente máis complexa. Con todo, sobre a critical mass non é necesario esquecer que entre os pequenos volumes de substancia radioactiva puro durante o almacenamento debe ser barreiras que impiden que as pezas en conxunto.

fontes de radiación

Todos os elementos do núcleo atómico cunha carga máis de 82 son radioactivos. Case todos os elementos químicos máis lixeiros teñen isótopos radioactivos. Canto máis pesado o núcleo, menos a súa vida útil. Algúns elementos (como a California) só pode ser obtido sinteticamente - empurrando átomos pesados con partículas máis lixeiras, moitas veces con aceleradores. Xa que son moi inestables, non están presentes na cortiza terrestre: a formación do planeta, eles axiña deteriorado en outros elementos. Substancias con máis núcleos lixeiros, como o uranio, é posible extraer. Este proceso é longo, axeitado para a minería de uranio, mesmo en minerais moi ricos conteñen menos dun por cento. A terceira forma, quizais, indica que unha nova época xeolóxica comezou. Esta extracción de elementos radioactivos a partir de residuos radioactivos. Despois de combustible traballa nunha central eléctrica, nun submarino ou un portaavións, unha mestura de material e de uranio final, o resultado da división de partida. Polo momento, é considerado unha residuos radioactivos sólidos e costa asunto espiñoso, como son eliminados de xeito que non contaminar o medio ambiente. Con todo, existe a posibilidade de que as substancias radioactivas listas concentrada nun futuro próximo (por exemplo, o polonio), será producido a partir de residuos.